微网光伏系统并网运行及离网运行控制策略

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1、微网光伏系统并网运行及离网运行控制策【摘要】光伏微网逆变器分为并网运行和离网运行双模式。本文详细分析和研究微网逆变器的控制策略，确定了在离网工作模式下的电压闭环控制策略和在并网工作模式下的瞬时电流控制策略。根据选定的控制策略分别对其控制系统进行了建模仿真和相关参数的设计，并利用Matlab/Simulink软件对并网和离网模式以及两种模式之间的相互切换进行仿真，仿真结果证明了本文所采用的控制方法的正确性和有效性。【关键词】光伏微网；微网逆变器；并网；离网微网是一种由负荷和各种微型电源共同组成的系统，它可以同时提供电能和热量。

2、光伏微网发电技术是介于离网型光伏发电和并网型光伏发电之间的前沿技术，既结合了两种技术优点，又克服了并网型光伏发电只能将能量输送到电网所带来的缺陷，并且可以解决离网型光伏发电效率低下的问题，在国际上受到了广泛的重视，有实际的研究价值。1•微网逆变器的工作模式1.1并网工作模式在太阳光照充足的情况下，微网逆变器一般工作于并网模式，除了保证本地重要负载正常工作外，还可把多余的电能输送给电网，可等效于传统的并网型逆变器。根据控制对象的不同，并网逆变器的输出控制方式有电压控制和电流控制两种，在逆变器与电网进行并联运行时，电网可看作一个

3、容量无穷大的交流电压源，如果用电压型控制，则与电网之间很容易产生环流，所以并网逆变器的输出经常采用电流型控制，只要将逆变器的输出电流跟踪电网电压，同时设定输出电流的大小，就可以实现稳定并网运行，其控制方法相对简单，效果也较好。1.2离网工作模式具有离网单独运行的能力是微网逆变器最重要的特点之一。当电网出现故障时，信号采样电流检测到电网故障，发出电网故障信号，经过DSP处理，发出指令，微网逆变器切换到离网模式，通过断开静态开关，利用蓄电池的储能，为本地重要负荷提供不间断供电，保证重要负荷供电的可靠与稳定。微网逆变器离网运行的输

4、出控制法也可分为电流型控制法和电压型控制法。电压型控制法一般是以输出电容电压作为受控目标，整个系统可等效为一个内阻很小的受控电压源。只需要微网逆变器输出与电网电压同频同幅的电压信号，就可以满足重要负荷在额定电压下正常工作。2•离网运行模式控制策略分析逆变器独立运行控制系统电路框图如图1所示，图中采用的是电压闭环控制方法。电压闭环控法是用给定电压与输出负载电压的实时值进行比较，两者的差值经PI控制器调节，PI控制器输出再与正弦波比较，最后输出PWM信号去驱动功率开关器件来改变逆变器桥的开关状态。电压控制策略的控制对象虽然是输出

5、电压，但是由于逆变器在并网运行时，一般通过调节输出电流以达到其输出功率调节的目标。在这种并网控制策略下，主要是通过模拟或数字采样得到逆变器输出电流的大小，一般以其平均值作为反馈量来控制输出电压的大小。状态空间平均法是基于输出频率远小于开关频率的情况下，在一个开关周期内，用变量的平均值代替其瞬时值，从而得到连续状态空间平均模型。建立频域传递函数，其中为电感，为电容，则有负载电压和逆变器输出电压的关系为：(1)采用SPWM调制时，逆变器输出电压的基波幅值U可以表不为：(2)其中为正弦参考波幅值，为三角载波幅值，M为调制比,其中在

6、SPWM中，载波频率远高于输出频率时，由式(1)可将逆变桥看成一个比例环节，比例系数可以表示为，贝U：(3)即为微网逆变器离网运行时输入和输出的传递函数。3.并网运行模式控制策略分析逆变器并网运行控制系统电路框图如图2所示，图中采用的是瞬时电流比较法。该控制策略是将并网逆变器的输出电流与参考电流比较后，通过PID调节，再与高频三角波进行比较，从而生成SPWM信号来控制逆变器的输出电流。在逆变器并网运行模式下，如果输出电流的采样系数取值适当，正弦参考波和三角波的取值可与独立运行模式下相同，当逆变器的最大输出功率为，并网工作时市

7、电电压有效值为220V,则其额定输出电流峰值为，正弦波的幅值为。4.仿真本论文对5kW光伏微网逆变器利用Matlab进行系统仿真，将前级MPPT部分输出的电压看成一个恒压源，设置直流母线电压峰值为一恒定值。4.1离网运行时的仿真离网模式运行时，将系统的仿真参数设计如下：输入直流电压：350V,电网电压：220VAC,额定负载：9.6Q,额定输出电流：22.7A,额定输出功率：5KW,并网电流基波频率：50HZ,开关频率：20KHZ,L=lmH,R=10Q,发C=10uF,PI调节器的参数：KP=10,KI=2。得到仿真结果如

8、下。从图3可以看出，微网逆变器离网运行时，负载电压波形有效值为220V,频率为50Hz,负载电流波形与电压波形同频同相。从图4中可以看出，在0.06s负载从零变成满载时，电压波形出现短暂的跌落；而电流波形，则发生跳变。4.2并网运行时的仿真并网模式运行时，采用基于SPWM三角波比较法控制，